WO2002066687A1 - Four de traitement thermique a chambre unique a refroidissement par gaz et procede de refroidissement du four a l'aide d'un gaz - Google Patents

Four de traitement thermique a chambre unique a refroidissement par gaz et procede de refroidissement du four a l'aide d'un gaz Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a gas-cooled single-chamber heat treatment furnace for heat-treating a metal material such as a steel part and a gas cooling method in the furnace.
  • a gas-cooled single-chamber heat treatment furnace is known as a furnace for cooling a metal material by forcibly circulating a cooling gas after heating the metal material.
  • an inner chamber having cooling gas vents opened and closed by doors on respective opposing walls, that is, a processing chamber is provided in a casing.
  • the cooling gas vent is closed by the door, the metal material housed in the inner chamber is heated by a heater provided in the inner chamber, and the heated metal material is cooled.
  • the cooling gas vent is opened, and cooling gas cooled by a cooler is supplied from one of the cooling gas vents to the inside of the chamber by the circulation fan attached to the casing, while the other is cooled.
  • the cooling gas is circulated through the gas vent to the circulation fan, and the metal material is cooled.
  • the cooling gas vent has a large opening area so that a sufficient cooling gas can be supplied to the metal material in the inner chamber, and is opened and closed by a sliding door or a lifting door.
  • An object of the present invention is to provide a gas-cooled single-chamber heat treatment furnace in which the flow of a cooling gas in an inner chamber during cooling is not biased toward the center of a gas cooling vent.
  • an object of the present invention is to provide a gas-cooled single-chamber heat treatment furnace having good sealing properties between a door and a cooling gas vent.
  • a gas cooling method is known as a cooling method in heat treatment of a metal material.
  • the cooling treatment for example, the metal material kept at the quenching temperature is cooled rapidly in the critical area up to the temperature just above the martensitic transformation onset temperature, and conversely slowly in the dangerous area below the martensitic transformation onset temperature. It is known how to cool.
  • the gas cooling methods are broadly classified into internal circulation type (circulation fan is arranged inside the furnace) and external circulation type (circulation blower is arranged outside the furnace). In the process, metal materials of different steel types or different shapes are heat-treated. Therefore, according to the gas cooling method, cooling based on an appropriate temperature pattern according to the type or shape of each metal material is required to reduce the occurrence of distortion and to achieve the intended purpose. is there.
  • a forced convection cooling method is known.
  • the heat transfer coefficient changes by changing the gas density of the circulating atmosphere in response to the temperature change of the circulating atmosphere.
  • the cooling efficiency is reduced because the gas density is low at the high temperature in the initial stage of cooling. Therefore, there has been proposed a method of improving the cooling efficiency by rotating the circulating fan or the circulating blower at a high speed in response to a change in the atmosphere temperature in the furnace or the temperature of the metal material in the furnace in the initial stage of the cooling (Japanese Patent Laid-Open Publication No. H11-163873). (Showa 52-119 408).
  • the capacity of the circulation fan in the internal circulation type or the drive motor of the circulation blower in the external circulation type is determined in consideration of the equipment capacity and efficiency. For this reason, depending on the cooling state, the driving motor may be operated at a speed exceeding the rated rotation speed of the driving motor, and there is a problem that the driving motor may be burned.
  • the driving motor when the set cooling rate is higher than the actual cooling rate, the driving motor is rotated at an allowable limit output to exhibit the maximum cooling capacity, while in other cases,
  • the above problem is solved by controlling the rotation speed of the driving motor so that the ambient temperature in the furnace or the metal material temperature in the furnace changes at the set cooling rate, and adjusting the cooling rate of the metal material. It is an object of the present invention to provide a method of cooling a metal material that has been made possible. ' ⁇ .. Summary of the Invention
  • a cooling gas ventilation port that is opened and closed by a door is provided on each of opposing walls of an inner chamber that forms the treatment chamber.
  • a grid-shaped rectifying member made of a heat-resistant material is installed in the cooling gas vent of the inner chamber.
  • the grid-shaped rectifying member is installed at the cooling gas vent of the inner chamber, and the flow of the gas flowing into the inner chamber and the flow of the exhaust gas from the inner chamber are controlled to control the flow of the cooling gas inside the inner chamber.
  • the metal material is cooled uniformly because the drift of the gas to the center of the cooling gas vent is reduced.
  • the cooling gas vent is provided at an upper portion and a lower portion of an inner chamber, and the door is an up-and-down type, and
  • the pressure contact portion with the cooling gas vent has a mating structure of the protrusion and the recess.
  • the tip of the protrusion and the recess are temporarily supposed to be thermally expanded or the like. Even if there is a gap between the inner space and the inner space, the sealability is ensured and the temperature distribution in the inner clamper is not disturbed.
  • the lattice-shaped rectifying member is made of a carbon-graphite fiber composite thin plate.
  • the grid-shaped rectifying member is made of a carbon-graphite composite composite sheet, so that the response during heating and cooling can be improved. This has the effect of enabling the flow of a large amount of cooling gas without any hindrance and without any hindrance.
  • a gas cooling method in a gas-cooled single-chamber heat treatment furnace forcibly convection cooling a metal material heated to a predetermined temperature. Compare the curve with the ambient temperature in the inner chamber or the temperature of the metal material. • Based on the deviation, control the number of rotations of the circulating fan or circulating blower motor and limit the output of the motor. When the output is reached, the drive motor is kept rotating at the limit output even if the load increases due to a temperature change.
  • the temperature feedback and output feedback control the rotation speed of the circulating fan or circulating blower drive motor, so that the maximum cooling capacity is exhibited during rapid cooling and the set cooling curve is supported during slow cooling.
  • a cooling process can be performed.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a state of a gas-cooled single-chamber heat treatment furnace according to the present invention during heating.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state of the gas-cooled single-chamber heat treatment furnace according to the present invention during cooling.
  • Fig. 3 is a sectional view taken along the line ⁇ _ ⁇ in Fig. 1.
  • Fig. 4 shows the cooling gas vent and door of the inner chamber in Fig. 1.
  • Fig. 4 shows the cooling gas vent and door of the inner chamber in Fig. 1.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the grid-shaped rectifying member in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram showing a gas-cooled single-chamber vacuum heat treatment furnace to which the metal material gas cooling method according to the present invention is applied and a control circuit thereof. Description of the preferred embodiment
  • T indicates a gas-cooled single-chamber heat treatment furnace (hereinafter, referred to as a heat treatment furnace) of an internal circulation type according to the present invention, and an inner chamber 5 that forms a treatment chamber is provided in a casing 1.
  • a charging / extracting door 2 provided with a door 6 of the above-mentioned inner chamber 5 is provided on one side of the casing 1, and a cooling fan 3 is provided on the other side.
  • vents 9A and 9B having a large area to allow reception are provided, and these vents 9A and 9B are mounted on the casing 1 respectively. It is opened and closed by doors 11 A and 11 B.
  • a heating circulation fan 13 is attached to the charging / extracting door 2, and an impeller 13 a thereof is positioned inside the door 6 of the inner chamber 5.
  • a muffle 15 is provided so as to cover the inner chamber 5 in a region from the upper end and the lower end of the inner chamber 5 to the suction part of the cooling circulation fan 3.
  • the space between the lower side wall 5 a of the inner chamber 5 on the side of the cooling circulation fan 3 and the mat ful 15 is closed by a partition plate 17, and the atmosphere is discharged between the casing 1 and the inner chamber 5.
  • a flow path Pa and an atmosphere suction flow path Pb are formed.
  • a cooler 18 is provided on the side of the cooling circulation fan 3 of the atmosphere discharge flow path Pa, and a part of the muffler 15 facing the vents 9A and 9B has a door 11 Openings 16 A and 16 B having substantially the same shape as the pressing portions 12 of A and 115 are provided.
  • a protrusion 10 is formed on the outer peripheral edge of the ventilation holes 9A, 9B, and the protrusion 10 is formed on the pressing portion 12 of the door 11A, 11B.
  • a concave portion 14 is formed to loosely fit.
  • the width of the recess 14 is slightly larger than the width of the projection 10 so as to allow the thermal expansion of the projection 10. When the doors 11 A and 11 B are closed, the width of the projection 10 is reduced. Is pressed against the bottom of the recess 14.
  • a lattice-shaped rectifying member 19 is incorporated in the ventilation holes 9A and 9B.
  • This grid-shaped rectifying member 19 is composed of a heat-resistant material (heat-resistant steel or carbon-graphite fiber-reinforced composite) made of a plate 20 made of a heat-resistant material and formed into a grid using cuts 21, and a door 11 A , 11 B (pressing portion 12) are incorporated slightly inside the ventilation holes 9 A, 9 B so as not to hinder the operation of the pressing portions 12.
  • a heat-resistant material heat-resistant steel or carbon-graphite fiber-reinforced composite
  • vents 9A and 9B are closed by the pressing portions 12 of the doors 11A and 11B, and the charging / extraction door 2 is opened together with the door 6 of the inner chamber 5, and the inner chamber is opened.
  • the metal material W is charged into the jumper 5.
  • the charging / extraction door 2 and the door 6 are closed, the heater 7 is turned on, and the heating circulation fan 13 is operated.
  • the atmosphere in the inner chamber 5 is circulated, and the metal material W is heated (FIG. 1).
  • the heater 7 When the metal material W was heated to the predetermined temperature, the heater 7 was turned off, the elevator doors 11A and 11B were operated, and the vents 9A and 9B were opened. Thereafter, the cooling circulation fan 3 is operated.
  • the ventilation holes 9A and 9B are provided with the lattice-shaped rectifying members 19, whereby the cooling gas is rectified and discharged from the ventilation holes 9A while maintaining the rectified state. Therefore, the metal material W is cooled uniformly.
  • the material of the grid-like rectifying member 19 may be a heat-resistant steel plate. However, in order to improve the cooling effect of the metal material W, it is necessary to increase the gas pressure in the inner chamber 5 or the flow rate of the circulating cooling gas. When the thickness of the steel sheet is increased, the amount of heat stored in the grid-shaped rectifying member 19 increases, the response to a temperature change during heating and cooling decreases, and the heat loss increases and increases. Therefore, it is preferable that the material of the lattice-shaped rectifying member 19 is a thin plate made of carbon, graphite fiber. ⁇
  • the size of each grid is
  • FIG. 6 shows an internal circulation type gas-cooled single-chamber vacuum heat treatment furnace 101 to which the metal material gas cooling method according to the present invention is applied.
  • an inner chamber 104 forming a processing chamber is provided in a casing 102.
  • a charging / extraction door 103 provided with a door 105 for the inner chamber 104 is provided on one side of the casing 102, and a cooling circulation fan 10 is provided on the other side.
  • Eight drive motors M are provided, and the drive motor M rotates the cooling circulation fan 108.
  • reference numeral 109 denotes a cooler arranged in front of the cooling circulation fan 108, and 110a and 110b denote dampers.
  • a heater H is disposed in the inner chamber 104, and openings 106 a and 106 b are provided in the ceiling and bottom of the inner chamber 104. a and 106b are opened and closed by the liftable doors 107a and 107b, respectively.
  • one damper 110a is horizontal and the other damper 1 1a
  • the cooling gas is supplied from the opening 106a into the inner chamber 104, and the cooling gas in the inner chamber 104 is supplied from the opening 106 to the cooler 109. It is led.
  • cooling gas is supplied from the opening 106b into the inner chamber 104.
  • the cooling gas in the inner chamber 104 is guided to the cooler 109 through the opening 106a.
  • An inverter 115 is connected to the drive motor M of the cooling circulation fan 108, and the inverter 115 has both functions of output frequency control and output power control. That is, the drive motor M is operated by feedback control based on the ambient temperature in the inner chamber or the metal material temperature, and when the drive motor M has reached the limit output, the actual power value of the drive motor M This is a control to continue the operation at the limit output even if the load of the drive motor M increases due to a temperature change.
  • the charging / extraction door 103 is opened together with the door 105 of the inner chamber 104, and the metal material W is charged into the inner chamber 104. Thereafter, the charging-extracting door 103 and the door 105 are closed, and the inside of the inner chamber 104 is brought to a predetermined degree of vacuum by means (not shown). H heats the metal material W. In this case, the elevating doors 107a and 107b are closed.
  • the heater H When the metal material W reaches a predetermined temperature, the heater H is turned off, and the inside of the casing 102 is returned to the initial pressure. Thereafter, the lifting doors 107a and 107b are opened, one damper 110a is placed in a horizontal state, and the other damper 110b is placed in a vertical state, and cooling circulation is performed. The metal material W is cooled by the fan 108 based on a predetermined cooling curve.
  • the furnace ambient temperature is detected by the temperature detector P, and the detected temperature signal is input to the temperature controller 117 via the transformer 16.
  • This temperature controller 1 17 uses the corrected temperature setting (Rule 91) that was previously entered from the program setting unit 1 18 The value signal is compared with the temperature detection value signal, and a rotation speed set value signal A for eliminating this difference is input from the temperature controller 1 17 to the signal selector 1 19.
  • the actual voltage and actual current of the drive motor M of the cooling circulation fan 108 are detected by means (not shown), and the actual voltage signal D and the actual current signal E are output to the output power operation controller 1.
  • the actual power is calculated by the output power calculation controller 120.
  • the output power calculation controller 120 compares the limit power set value input in advance from the limit power setter 122 with the actual power value. When the actual power value ⁇ the limit power value, cooling is performed.
  • the rotation speed set value signal B which indicates the value obtained by reducing the rotation speed corresponding to the difference in power value, to prevent burnout of the drive motor M of the circulation fan 108
  • the rotation speed setting signal B which indicates the value obtained by adding the rotation speed corresponding to the difference in the power values, has a margin in the rotation speed, and the output power calculation adjustment Output from the container 120. It is possible to change the limit power value according to the continuous operation time at the maximum output of the limit or the specification of the drive motor M of the cooling circulation fan 108.
  • the rotation speed setting direct signal B from the output power calculation controller 120 is a signal selector 1
  • This signal is input to 19, and this signal selector 1 19 compares this rotation speed set value signal B with the rotation speed set value signal A from the temperature controller 1 17. As a result, if the rotation speed setting value signal A ⁇ the rotation speed setting value signal B, the rotation speed setting value signal C equal to the rotation speed setting value signal A is output from the signal selector 1 1 19, and the rotation speed setting value signal is output.
  • the number of revolutions setting signal C that is equal to the number of revolutions setting value signal B is output from the signal selector 1 19.
  • This output signal is input to the inverter 115, based on which the number of revolutions of the drive motor M of the cooling circulation fan 108 is controlled.
  • the drive motor M of the cooling circulation fan 108 is stopped, and after the charging / extraction door 103 is opened, the metal material W is extracted outside the furnace.
  • the gas cooling method for metal materials according to the present invention is not limited to the above-mentioned method, and the corrected paper (Rule 91) As the temperature to be fed back, the surface temperature of the metal material W may be adopted instead of the above-mentioned furnace ambient temperature.
  • a cooling device such as a circulation blower and a cooler 109 is installed outside the furnace, and an external circulation type furnace in which the furnace and the cooling mechanism are connected by a duct is used. You may.

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Description

明 細 書 ガス冷却式単室型熱処理炉ぉよぴ当該炉におけるガス冷却方法 技術分野
本発明は、 鋼材部品等の金属材料を熱処理するためのガス冷却式単室型熱処理 炉ぉよび当該炉におけるガス冷却方法に関するものである。
•背景技術
金属材料を加熱した後、 冷却ガスを強制循環させて金属材料を冷却する炉とし てガス冷却式単室型熱処理炉は公知である。
このガス冷却式単室型熱処理炉では、 扉で開閉される冷却ガス用通気口を対向 する壁のそれぞれに有するィンナーチャンバ、 即ち処理室がケーシング内に設け られている。 そして、 金属材料の加熱時には、 前記扉で冷却ガス用通気口が閉じ られ、 インナーチャンバ内に収容された金属材料がインナーチャンバ内に設けた ヒータで加熱され、 また、 加熱された金属材料の冷却時には、 前記冷却ガス用通 気口が開かれ、 前記ケーシングに取り付けられた循環フアンにより一方の冷却ガ ス用通気口からクーラで冷却された冷却ガスがィンナ一チヤンパ内に供給され、 他方の冷却ガス用通気口から循環ファンへと導かれて、 この冷却ガスが循環させ られ、 金属材料が冷却される。
前記冷却ガス用通気口は、 ィンナーチヤンバ内の金属材料に十分な冷却ガスを 供給できるように、 大きな開口面積を有しており、 スライド式扉あるいは昇降式 扉により開閉される。
前記従来のガス冷却式単室型熱処理炉においては、 前記冷却ガス用通気口は、 単なる開口しているだけであるため、 冷却時におけるインナーチャンパ内での冷 却ガスの流れは冷却ガス用通気口の中央部に偏る傾向があつて金属材料の均一な 冷却ができなかった。
また、 扉が冷却ガス用通気口に沿って平行移動するスライ ド式である場合、 閉 止時におけるシール性を向上させるためには扉とインナーチャンバとの間のタリ ァランスを出来る限り小さくする必要がある。 しかしながら、 このクリアランス を小さくし過ぎると、 扉ゃィンナーチャンバの僅かな熱歪みが動作不良を起こし、 このため良好なシール性を長時間,維持することができない。 この結果、 加熱時に おけるィンナーチヤンバ内の温度分布が不均一になるという問題がある。
扉が昇降式である場合、 インナーチャンバの冷却ガス用通気口の熱歪みにより 十分なシーノレ性を維持することができない。 この結果、 同様にィンナーチヤンバ 内の温度分布が不均一になるという問題がある。 '
本発明は、 冷却時におけるィンナーチャンバ内での冷却ガスの流れがガス冷却 用通気口の中央部に偏らないガス冷却式単室型熱処理炉を提供することを目的と する。 これに加えて、 本発明は、 扉と冷却ガス用通気口との間のシール性が良い ガス冷却式単室型熱処理炉を提供することを目的とする。
ところで、 従来、 金属材料の熱処理における冷却方法としてガス冷却方法が知 ら.れている。 まだ、 冷却処理に関して、 たとえば、 焼入れ温度に保持された金属 材料をマルテンサイト変態開始温度の直上温度までの臨界区域では、 急速に冷却 させ、 逆にマルテンサイト変態開始温度以下の危険区域では、 ゆっくりと冷却さ せる方法が知られている。 ： · 前記ガス冷却方法は、 内部循環タイプ （炉内に循環ファンが配置される） と外 部循環タイプ （炉外に循環ブロアが配置される） とに大別され、 いずれのタイプ でも同一炉で異なる鋼種の金属材料あるいは異なる形状の金属材料が熱処理され る。 このため、 .前記ガス冷却方法によれば、 各金属材料の種類あるいは形状に応 じた適正な温度パターンに基づく冷却が歪みの発生を減少させるとともに、 所期 の目的を達成するために必要である。
さらに、 強制対流冷却方法が知られており、 この強制対流冷却方法によれば、 循環雰囲気の温度変化に対応して循環雰囲気のガス密度が変化することにより、 伝熱係数が変化する。 即ち、 ファンの回転数が一定の条件下では、 冷却初期の高 温時においてはガス密度が低いため、 冷却効率が低下する。 そのため、 この冷却 初期に、 循環ファンあるいは循環ブロアを炉内の雰囲気温度あるいは炉内の金属 材料温度の変化に対応して高速回転させることにより冷却効率を向上させる方法 が提案されている （特開昭 5 2— 1 1 9 4 0 8号公報） 。 前記強制対流冷却方法の場合、 炉内の雰囲気温度あるいは炉内の金属材料温度 に基づいて直接的にファンの回転数を変更するに過ぎないため、 設定冷却曲線に 対応した冷却ができないという問題がある。
また、 前記内部循環タイプにおける循環ファンあるいは外部循環タイプにおけ る循環ブロアの駆動用モータの容量は、 設備容量および効率等を考慮して決めら れる。 このため、 冷却状態によっては前記駆動用モータを当該駆動用モータの定 格回転数を超えて作動させる可能性があり、 前記駆動用モータが焼損する危険性 があるという問題がある。
したがって、 本発明は、 設定冷却速度が実冷却速度より大の場合には、 前記駆. 動用モータを許容される限界出力で回転させて最大の冷却能力を発揮させる一方、 他の場合には、 炉内の雰囲気温度あるいは炉內の金属材料温度が設定冷却速度で 変化するように前記駆動用モータの回転数を制御して、 金属材料の冷却速度を調 - 節することにより前記問題の解決を可能とした金属材料の冷却方法を提供するこ .とを目的とする。 ' · . . 発明の概要
• 前記目的を達成するために、 本発明に係るガス冷却式単室型熱処理炉では、 処 理室を形成するインナーチャンバの対向する壁のそれぞれに扉により開閉される 冷却ガス用通気口を設け、 ガス冷却時に前記冷却ガス用通気口を開状態として冷 却ガスを循環させるガス冷却式単室型熱処理炉において、 前記インナーチャンバ の冷却ガス用通気口に耐熱材料からなる格子状整流部材を設置した b
このように、 ィンナーチャンバの冷却ガス用通気口に格子状整流部材を設置し て、 ィンナーチャンバへの流入ガスとインナーチャンバからの排出ガスの流れを コントロールして冷却ガスのインナーチャンバ内での冷却ガス用通気口中央への 偏流を減少させたので、 金属材料は均一に冷却される。
また、 本発明に係るガス冷却式単室型熱処理炉では、 前記冷却ガス用通気口が インナーチャンバの上部と下部とに設けられ、 かつ、 前記扉が昇降式であって、 前記扉周囲部の前記冷却ガス用通気口との圧接部が突起部と凹部との嚙み合せ構 造としてある。 このように、 扉とィンナーチヤンバの冷却ガス用通気口との周囲部に形成する 圧接部を突起部と凹部との嚙み合せ構造としたため、 仮に熱膨張等により前記突 起部の先端部と凹部との間に間隙が生じてもシール性が確保され、 ィンナーチヤ ンパ内の温度分布が乱されることがない。
なお、 前記格子状整流部材は、 カーボン■グラフアイト繊維コンポジット製薄 板から構成することが好ましい。
このように、 格子状整流部材をカーボン■グラフアイト 維コンポジット製薄 板から構成したため、 格子状整流部材の蓄熱量が小さく、 つ、 強度が大である ため、 加熱時および冷却時の応答性を何ら阻害せず、 かつ、 何の支障もなぐ大風 量の冷却ガスの流通が可能になるという効果が得られる。
さらに、 前記目的を達成するために、 本発明に係るガス冷却方法では、 所定温 度に加熱ざれた金属材料を強制対流冷却するガス冷却式単室型熱処理炉における ガス冷却方法において、.設定冷却曲線とィンナーチャンバ内の雰囲気温度また'は • 金属材料温度とを比較して、 その偏差に基づき循環ファンあるいは循環ブロアの ■ 駆動用モータの回転数を制御するとともに、 当該モータの出力が限界出力に達し たとき、 温度変化により負荷が増大しても当該限界出力で前記駆動用モータを回 転させ続けるようにした。
- このように、 温度フィードバックと出力フィードバックにより循環ファンある いは循環ブロアの駆動用モータの回転数を制御する故、 急冷時に最大の冷却能力 を発揮するとともに、 徐冷時には設定冷却曲線に対応した冷却処理を行うことが できる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明に係るガス冷却式単室型熱処理炉の加熱時における状態を示 す断面図で、
図 2は、 本発明に係るガス冷却式単室型熱処理炉の冷却時における状態を示 す断面図で、
図 3は、 図 1の ΠΙ_ΠΙ線断面図で、
図 4は、 図 1におけるインナ一チャンバの冷却ガス用通気口と扉を示す部分 拡大断面図で、
図 5は、 図 1における格子状整流部材を示す斜視図で、
図 6は、 本発明に係る金属材料のガス冷却方法が適用されるガス冷却式単室 型真空熱処理炉ぉよびその制御回路を示す図である。 好ましい実施形態の記述
つぎに.、 本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。
図 1および 2において、 Tは本発明に係る内部循環タイプのガス冷却式単室型 熱処理炉 （以下、 熱処理炉という） を示し、 ケーシング 1内には処理室を形成す るィンナーチヤンバ 5が配設されるとともに、 ケーシング 1の一方側には前記ィ ンナーチヤンバ 5の扉 6を備えた装入■抽出扉 2が設けられ、 他方側には冷却用 ' 循環ファン 3が設けられている。
インナーチャンバ 5内にはヒータ 7が酉己設されるとともに、 インナーチャンバ 5の天井部および底部には、 ィンナーチヤンバ 5内に設けた載置部材 8上に載置 される最大寸法の金属材料 Wの受入れを許容する大面積を有する冷却ガス用通気 ' 口 （以下、 通気口という） 9 A, 9 Bが設けられ、 この通気口 9 A， 9 Bはそれ ぞれ前記ケーシング 1に取り付けられた昇降式扉 1 1 A, 1 1 Bにより開閉され る。
前記装入■抽出扉 2には加熱用循環フアン 1 3が取り付けられ、 その羽根車 1 3 aが前記インナーチャンバ 5の扉 6内に位置する。
図 3に示すように、 前記ィンナーチャンバ 5の上面および下面先端部から前記 冷却用循環フアン 3の吸引部までの領域にィンナーチヤンバ 5を覆うようにマッ フル 1 5が設けられている。 また、 インナーチャンバ 5の冷却用循環ファン 3側 の側壁 5 aの下方とマツフル 1 5との間の空間は仕切板 1 7により閉鎖され、 ケ 一シング 1とインナーチャンバ 5との間に雰囲気吐出流路 P aと雰囲気吸引流路 P bとが形成されている。 さらに、 この雰囲気吐出流路 P aの前記冷却用循環フ アン 3側にはクーラ 1 8が設けられ、 前記マッフル 1 5の前記通気口 9 A, 9 B に対向する部分には、 扉 1 1 A, 1 1 5の押圧部1 2とほぼ同形の開口 1 6 A， 1 6 Bが設けられている。 図 4に示すように、 前記通気口 9 A , 9 Bの外側周縁部には突起部 1 0が形成 され、 前記扉 1 1 A, 1 1 Bの押圧部 1 2には前記突起部 1 0がゆるく嵌合する 凹部 1 4が形成されている。 凹部 1 4の幅は前記突起部 1 0の熱膨張を許容する ように突起部 1 0の幅より若干大となっており、 扉 1 1 A， 1 1 Bの閉時には前 記突起部 1 0の先端が凹部 1 4の底部に圧接する。
図 5に示すように、 前記通気口 9 A， 9 B内には、 格子状整流部材 1 9が組み 込まれている。
この格子状整流部材 1 9は、 耐熱材料 （耐熱鋼またはカーボン ·グラフアイト 条維コンポジット製） カ^なる板材 2 0を切れ目 2 1を使って格子状に組み合わ せて構成され、 扉 1 1 A, 1 1 B (押圧部 1 2 ) の作動に支障を与えないように、 前記通気口 9 A， 9 Bより若干内方に組み込まれている。
つぎに、 前記構成からなる熱処理炉 Tの操業方法を説明する。
まず、 前記扉 1 1 A, 1 1 Bの押圧部 1 2により前記通気口 9 A， 9 Bが閉鎖 され、 装入 '抽出扉 2がインナーチャンバ 5の扉 6と一緒に開力れ、 インナーチ ャンパ 5内に金属材料 Wが装入される。 その後、 前記装入 '抽出扉 2および扉 6 が閉じられ、 ヒータ 7が ONにされ、 前記加熱用循環ファン 1 3が作動させられ る。 これにより、 インナーチャンバ 5内の雰囲気が循環させられて金属材料 Wが 加熱される （図 1 ) 。
この加熱時、 ィンナーチヤンバ 5と扉 1 1 A， 1 1 Bの押圧部 1 2のそれぞれ の圧着部間に隙間が生じると、 金属材料 Wの均一加熱に影響を及ぼす。 しかしな がら、 前述のように、 両者は突起部 1 0と凹部 1 4とで嚙み合い状態となってい るため、 突起部 1 0先端と凹部 1 4の底部が変形しても、 シール性が大幅に低下 することがなく、 ィンナーチヤンバ 5内の温度分布に及ぼす影響は小さい。
金属材料 Wが所定温度にまで加熱されると、 ヒータ 7が O F Fにされ、 前記昇 降用扉 1 1 A, 1 1 Bが作動させられて前記通気口 9 A, 9 Bが開力れた後、 冷 却用循環フアン 3が作動させられる。
この場合、 前記一方の昇降式扉 1 1 Aによりマツフル 1 5に設けた開口 1 6 A は閉じられ、 他方の昇降式扉 1 1 Bによりマツフノレ 1 5に設けた開口 1 6 Bは開 力、れる （図 2 ) 。
訂正された用紙 （規則 91) したがって、 この冷却時、 冷却用循環ファン 3からクーラ 1 8を介して吐出さ れた冷却ガスは、 雰囲気吐出流路 P aを通って開口 1 6 Bおよび通気口 9 Bから インナーチャンバ 5内に入り、 通気口 9 Aから雰囲気吸引流路 P bを経て冷却用 循環ファン 3に吸引される。
前述したように、 通気口 9 A, 9 Bには格子状整流部材 1 9が装着されており、 これにより冷却ガスは整流され、 整流された状態を保持しながら通気口 9 Aから 排出されるので、 金属材料 Wは均一に冷却される。
前記格子状整流部材 1 9の材料は耐熱鋼板でもよい。 しかしながら、 金属材料 Wの冷却効果を向上させるためには、 インナーチャンバ 5内のガス圧あるいは循 環する冷却ガスの風量を増大させる必要があり、 このガス圧あるいは風量に耐え るように、 前記耐熱鋼板の厚みを大きくすると、 格子状整流部材 1 9の蓄熱量が 増大し、 加熱および冷却時の温度変化に対する応答性が低下し、 かつ熱ロスが増 · 大する。 したがつで、'格子状整流部材 1 9の材料は、 カーボン、グラフアイト繊. . 維コンポジット製の薄板であるのが好ましい。 . ·
また、'格子状整流部材 1 9を板の組み合わせにより構成すると、 各格子の大き
' さ等を調整することができるという効果も得られる.。 ·
図 6は、本発明に係る金属材料のガス冷却方法が適用される内部循環タイプの ガス冷却式単室型真空熱処理炉 1 0 1を示している。
この単室型真空熱処理炉 1 0 1では、 処理室を形成するィンナーチャンバ 1 0 4がケーシング 1 0 2内に配設されている。 また、 このケーシング 1 0 2の一方 側には前記ィンナーチャンバ 1 0 4の扉 1 0 5を備えた装入■抽出扉 1 0 3が設 けられ、 他方側には冷却用循環ファン 1 0 8の駆動用モータ Mが設けられ、 この 駆動用モータ Mにより冷却用循環ファン 1 0 8が回転させられている。
なお、 図 6において、 1 0 9は冷却用循環ファン 1 0 8の前方に配置したクー ラ、 1 1 0 a , 1 1 0 bはダンパを示している。
前記インナーチャンバ 1 0 4内にはヒータ Hが配設され、 インナーチャンバ 1 0 4の天井部および底部には開口 1 0 6 a， 1 0 6 bが設けられており、 この開 口 1 0 6 a， 1 0 6 bはそれぞれ昇降式扉 1 0 7 a , 1 0 7 bにより開閉される。 図示するように、 一方のダンパ 1 1 0 aが水平状態にあり、 他方のダンバ 1 1 0 bが垂直状態にある場合には、 冷却ガスが開口 1 0 6 aからインナーチャンバ 1 0 4内に供給され、 インナーチャンバ 1 0 4内の冷却ガスは開口 1 0 6 から クーラ 1 0 9へと導かれる。 これに代わり、 一方のダンパ 1 1 0 aが垂直状態で あり、 他方のダンパ 1 1 0 bが水平状態にある場合には、 冷却ガスが開口 1 0 6 bからインナーチャンバ 1 0 4内に供給され、 ィンナーチヤンバ 1 0 4内の冷却 ガスは開口 1 0 6 aからクーラ 1 0 9へと導かれる。
冷却用循環ファン 1 0 8の駆動用モータ Mにはインバータ 1 1 5が接続され、 このインバータ 1 1 5は出力周波数制御と出力電力制御の両機能を備えている。 即ち、 前記駆動モータ Mはィンナーチヤンバ内の雰囲気温度あるいは金属材料温 度に基づくフィードバック制御により運転し、 かつ、 前記駆動用モータ Mが限界 出力となった場合に、 この駆動用モータ Mの実電力値をフィードバックし、 温度 変化による前記駆動用モータ Mの負荷が増大しても、 前記限界出力で運転を続け させる制御である。
続いて、 前記構成からなるガス冷却式単室型真空熱処理炉 1 0 1に適用される 金属材料のガス冷却方法を冷却ファン駆動モータ Mの制御回路とともに説明する。 まず、 装入 ·抽出扉 1 0 3がィンナーチヤンバ 1 0 4の扉 1 0 5と一緒に開か れ、 インナーチャンバ 1 0 4内に金属材料 Wが装入される。 その後、 前記装入- 抽出扉 1 0 3およぴ扉 1 0 5が閉じられ、 インナーチャンバ 1 0 4内が図示しな い手段により所定の真空度の状態にされ、 この状態下で、 ヒータ Hにより金属材 料 Wが加熱される。 この場合、 前記昇降式扉 1 0 7 a， 1 0 7 bは閉じられてい る。
金属材料 Wが所定温度に達すると、 ヒータ Hは O F Fにされ、 ケーシング 1 0 2内が初期の圧力に戻される。 その後、 昇降式扉 1 0 7 a , 1 0 7 bが開かれる とともに、 一方のダンパー 1 1 0 aが水平状態にされ、 かつ他方のダンパー 1 1 O bが垂直状態にされて、 冷却用循環フアン 1 0 8により当該金属材料 Wが所定 の冷却曲線に基づいて冷却される。
さらに具体的に説明すると、 炉内雰囲気温度が温度検出器 Pにより検出され、 変 1 6を介してその温度検出値信号が温度調節計 1 1 7に入力される。 こ の温度調節計 1 1 7では、 プログラム設定器 1 1 8から予め入力された温度設定 訂正された用紙 （規則 91) 値信号と前記温度検出値信号とが比較され、 この差を無くすための回転数設定値 信号 Aが温度調節計 1 1 7から信号セレクタ一 1 1 9に入力される。
また、 冷却用循環ファン 1 0 8の駆動用モータ Mの実電圧おょぴ実電流が図示 しない手段により検出され、 その実電圧値信号 Dおよび実電流値信号 Eが出力電 5 力演算調節器 1 2 0に入力され、 この出力電力演算調節器 1 2 0で実電力が算出 される。 この出力電力演算調節器 1 2 0で、 限界電力設定器 1 2 1から予め入力 された限界電力設定値と前記実電力値とが比較され、 実電力値≥限界電力値のと きは、 冷却用循環ファン 1 0 8の駆動用モータ Mの焼損を防止するため電力値の 差に相当する回転数を減じた値を示す回転数設定値信号 Bが出力電力演算調節器
10 1 2 0から出力される。 これに対して、 実電力値く限界電力値のときは、 回転数 に余裕があるため電力値の差に相当する回転数を加えた値を示す回転数設定値信 号 Bが出力電力演算調節器 1 2 0から出力される。 なお、 限界の最大出力時にお ける連続運転時間あるいは冷却用循環ファン 1 0 8の駆動用モータ Mの仕様等に 対応して前記限界電力値を変更することは可能である。
L5 前記出力電力演算調節器 1 2 0からの回転数設定ィ直信号 Bは信号セレクター 1
1 9に入力され、 この信号セレクター 1 1 9でこの回転数設定値信号 Bと温度調 節計 1 1 7からの前記回転数設定値信号 Aとが比較され。 この結果、 回転数設定 値信号 A≤回転数設定値信号 Bの場合は、 回転数設定値信号 Aに等しい回転数設 定値信号 Cが信号セレクタ一 1 1 9から出力され、 回転数設定値信号 A〉回転数
10 設定値信号 Bの場合は、 回転数設定値信号 Bに等しい回転数設定信号 Cが信号セ レクター 1 1 9力 ら出力される。 この出力信号はインバータ 1 1 5に入力され、 これに基づいて冷却用循環ファン 1 0 8の駆動用モータ Mの回転数が制御される。 この冷却用循環ファン 1 0 8の駆動用モータ Mにより前記冷却用循環ファン 1 0 8が作動すると、 単室型真空熱処理炉 1 0 1内の雰囲気は、 ダンパー 1 1 0 a ,
!5 1 1 O bのガイドにより、 クーラ 1 0 9を通って冷却され、 炉内循環させられ、 金属材料 Wが冷却される。
所定の熱処理が完了すると、 冷却用循環フアン 1 0 8の駆動用モータ Mが停止 させられ、 装入 ·抽出扉 1 0 3が開かれた後、 金属材料 Wが炉外に抽出される。 本発明に係る金属材料のガス冷却方法は前述の方法に限定されるものでなく、 訂正された用紙 （規則 91) フィードバックさせる温度として、 前述の炉内雰囲気温度ではなく、 金属材料 W の表面温度を採用してもよい。 また、 冷却用循環フアン 1 0 8に代えて、 循環ブ ロアおよびクーラ 1 0 9等の冷却機器を炉外に設置し、 ダクトで炉と冷却機構と を接続した外部循環タイプの炉が採用されてもよい。
また、 前述した制御と炉内圧力制御と組み合わせて、 一層効果的な制御を行う ようにしてもよい。 ■

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 処理室を形成するィンナーチヤンバの対向する壁のそれぞれに扉により開 閉される冷却ガス用通気口を設け、 ガス冷却時に前記冷却ガス用通気口を開状態 として冷却ガスを循環させるガス冷却式単室型熱処理炉において、 前記ィンナー チヤンバの冷却ガス用通気口に耐熱材料からなる格子状整流部材を設置したこと を特徴とするガス冷却式単室型熱処理炉。
2. 前記冷却ガス用通気口がィンナーチヤンバの上部と下部とに設けられ、 か つ、 前記扉が昇降式であって、 前記扉周囲部の前記インナーチャンバとの圧接部 が突起部と凹部との嚙み合せ構造であることを特徴とする前記請求項 1に記載の ガス冷却式単室型熱処理炉。 ·
3 . 前記格子状整流部材が、 カーボン ·グラフアイト コンポジット:製薄板 からなることを特徴とする前記請求項 1または 2に記載のガス冷却式単室型熱処 理炉。
4 . 焼入れ温度に加熱された金属材料を炉内雰囲気中で強制対流冷却するガス 冷却式単室型熱処理炉におけるガス冷却方法において、 設定冷却曲線と炉内雰囲 気温度または炉内金属材料温度とを比較して、 その偏差に基づき冷却用循環ファ ンあるいは循環ブロア駆動用モータの回転数を制御するとともに、 当該モータの 出力が限界出力に達したとき、 温度変化により負荷が増大しても当該限界出力で 前記駆動用モータを回転させ続けることを特徴とするガス冷却式単室型熱処理炉 におけるガス冷却方法。
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